KR20170035938A - A measurement instrument for testing charge storage devices - Google Patents

Abstract

복수의 전기 전도성 접촉 패드를 가지는 샘플과 함께 사용하기 위한 테스트 기기로서, 상기 기기는 제어 가능한 가변 힘 선형 액추에이터; 상기 선형 액추에이터에 의해 작동되는 프로브 조립체 - 상기 프로브 조립체는 상기 샘플을 접촉하기 위한 표면을 가지는 프로브 헤드를 일 단에 가짐-; 상기 샘플 상의 상기 복수의 접촉 패드들을 전기적으로 접촉하기 위한 복수의 접점을 포함하는 이동 가능한 접촉기 조립체; 상기 선형 액추에이터 및 접촉기 조립체가 장착되는 하우징 - 상기 하우징은 테스트 동안 상기 샘플을 고정하기 위한 식별된 영역을 가짐 -; 상기 프로브의 위치의 변화를 측정하기 위한 위치 센서 조립체; 및 상기 프로브 헤드에 의해 상기 샘플에 가해진 힘을 측정하기 위한 센서를 포함한다.A test instrument for use with a sample having a plurality of electrically conductive contact pads, the instrument comprising: a controllable variable force linear actuator; A probe assembly operated by the linear actuator, the probe assembly having at one end a probe head having a surface for contacting the sample; A movable contactor assembly including a plurality of contacts for electrically contacting the plurality of contact pads on the sample; A housing in which the linear actuator and the contactor assembly are mounted, the housing having an identified area for securing the sample during testing; A position sensor assembly for measuring a change in position of the probe; And a sensor for measuring a force applied to the sample by the probe head.

Description

전하 저장 장치를 테스트하기 위한 측정 기기{A MEASUREMENT INSTRUMENT FOR TESTING CHARGE STORAGE DEVICES}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a measurement apparatus for testing a charge storage device,

본 출원은 “A Measurement Instrument for Testing Charge Storage Devices”란 명칭의 2014년 7월 24일에 출원된 가출원 번호 62/028,431의 35 U.S.C. §119(e) 하의 이익을 주장하며, 그 전체 내용은 본원에서 참조로 원용된다.This application claims the benefit of US Provisional Application No. 60 / 028,431, filed July 24, 2014 entitled " A Measurement Instrument for Testing Charge Storage Devices " The benefit under §119 (e) is hereby incorporated by reference in its entirety.

본 발명은 일반적으로 측정하기 위한 그리고 액추에이터(actuators), 배터리, 커패시터, 슈퍼 커패시터, 울트라 커패시터, 하이브리드 커패시터(hybrid capacitors), 의사 커패시터(pseudocapacitors), 생물학적 샘플, 유전체, 겔, 액체, 고체 등과 같은 테스트 장치들을 전기적으로 기계적으로 특성화하기 위한 테스트 기기들 및 관련된 장비들에 관한 것이다.The present invention relates generally to measuring and testing such as actuators, batteries, capacitors, supercapacitors, ultracapacitors, hybrid capacitors, pseudocapacitors, biological samples, dielectrics, gels, liquids, To test equipment and related equipment for electrically mechanically characterizing devices.

고 에너지 밀도 저장 장치들의 개발은 힘들고 시간 소모적인 과정일 수 있다. 전형적인 에너지 저장 장치는 제1 중합체 전극, 상기 제1 전극과 전기 화학적으로 연결된 제2 전극, 상기 두 전극 사이의 분리막 재료(separator material), 및 음이온들과 양이온들로 해리될 수 있는 두 전극들과 접촉하는 전해질 또는 다른 이동상(mobile phase)을 포함할 수 있다. 이러한 요소들 각각에 대해 사용될 수 있는 많은 다른 화학 재료가 있다. 따라서, 테스트할 필요가 있을 수 있는 조합들의 가능한 수는 엄청날 수 있다. 이러한 조합들을 테스트하기 위해, 본질적으로 재료들의 각 조합에 대해 대표 장치를 구축한 다음 재료들의 조합을 특성화하기 위해 원하는 테스트 세트를 통해 그 장치를 실행해야만 한다. 따라서, 재료들의 최상의 조합은 재료들과 전해질들의 많은 다른 가능한 조합들을 나타내는 수천 가지 장치를 구성하고 전기적으로 테스트하는 것을 포함할 수 있다. The development of high energy density storage devices can be a difficult and time consuming process. A typical energy storage device includes a first polymer electrode, a second electrode that is electrochemically coupled to the first electrode, a separator material between the two electrodes, and two electrodes that can be dissociated into anions and cations And may include an electrolyte or other mobile phase in contact. There are many different chemical materials that can be used for each of these elements. Thus, the possible number of combinations that may need to be tested can be enormous. To test these combinations, essentially a representative device must be built for each combination of materials and then the device must be run through the desired test set to characterize the combination of materials. Thus, the best combination of materials may comprise constructing and electrically testing thousands of devices representing many different possible combinations of materials and electrolytes.

장치의 전기적 특성을 만족스럽게 측정하는 데 필요한 테스트의 요령(regimen) 또한 상당히 클 수 있다. 예를 들어, 테스트들은 커패시턴스(capacitance), 저항, 에너지 입력 대 에너지 방출(energy in versus energy out), 쿨롱 효율(Coulombic Efficiency), 에너지 밀도, 전력 밀도, 비 에너지(specific energy), 비 전력(specific power), IR 강하(IR drop), IR 이득(IR gain), 전류 밀도 등을 측정하는 것을 포함할 수 있다. The test regimen required to satisfactorily measure the electrical properties of the device may also be quite large. For example, tests can be used to measure capacitance, resistance, energy in versus energy out, Coulombic Efficiency, energy density, power density, specific energy, specific power, IR drop, IR gain, current density, and the like.

본 발명의 목적은 복수의 전기 전도성 접촉 패드를 가지는 샘플과 함께 사용하기 위한 테스트 기기를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a test apparatus for use with a sample having a plurality of electrically conductive contact pads.

본원에서 설명된 실시 예들은, 특히 서로 조합되어 사용되는 경우, 테스트 장치들을 신속하고, 효율적으로, 일관성 있고 신뢰성 있게 테스트하는 방법을 제공한다. The embodiments described herein provide a method for quickly, efficiently, consistently, and reliably testing test devices, particularly when used in combination with each other.

일반적으로, 일 측면에서, 본 발명은 복수의 전기 전도성 접촉 패드를 가지는 샘플과 함께 사용하기 위한 테스트 기기를 특별히 포함한다. 상기 기기는 제어 가능한 가변 힘 선형 액추에이터; 상기 선형 액추에이터에 의해 작동되는 프로브 조립체 - 상기 프로브 조립체는 상기 샘플을 접촉하기 위한 표면을 가지는 프로브 헤드를 일 단에 가짐-; 상기 샘플 상의 상기 복수의 접촉 패드들을 전기적으로 접촉하기 위한 복수의 접점을 포함하는 이동 가능한 접촉기 조립체; 상기 선형 액추에이터 및 접촉기 조립체가 장착되는 하우징 - 상기 하우징은 테스트 동안 상기 샘플을 고정하기 위한 식별된 영역을 가짐 -; 상기 프로브의 위치의 변화를 측정하기 위한 위치 센서 조립체; 및 상기 프로브 헤드에 의해 상기 샘플에 가해진 힘을 측정하기 위한 센서를 포함한다. In general, in one aspect, the present invention specifically includes a test apparatus for use with a sample having a plurality of electrically conductive contact pads. The device comprising: a controllable variable force linear actuator; A probe assembly operated by the linear actuator, the probe assembly having at one end a probe head having a surface for contacting the sample; A movable contactor assembly including a plurality of contacts for electrically contacting the plurality of contact pads on the sample; A housing in which the linear actuator and the contactor assembly are mounted, the housing having an identified area for securing the sample during testing; A position sensor assembly for measuring a change in position of the probe; And a sensor for measuring a force applied to the sample by the probe head.

다른 실시 예들은 다음 특징들 중 하나 이상을 포함한다. 상기 선형 액추에이터는 에어 베어링 실린더(air bearing cylinder)를 포함하는 공압식 액추에이터(pneumatic actuator)이고 상기 프로브 헤드에 의해 상기 샘플에 가해진 상기 힘을 측정하기 위한 상기 센서는 상기 공압식 엑추에이터에 가해지는 가스의 압력을 측정하도록 배열된 압력 센서이다. 대안적으로, 상기 선형 액추에이터는 전자기 액추에이터이고 상기 샘플에 가해진 상기 힘을 측정하기 위한 상기 센서는 상기 샘플이 작동 중에 고정되는 상기 식별된 영역에서 상기 하우징 상에 위치된다. 상기 기기는 또한, 상기 식별된 위치 옆 상기 하우징의 일부분에 근접하여 열 통신(thermal communication)하는 적어도 하나의 도관 - 상기 적어도 하나의 도관은 테스트 동안 상기 샘플의 온도를 제어하기 위해 온도 제어된 유체를 운반하기 위한 것임-; 및 상기 샘플이 작동 중에 위치된 상기 식별된 영역 근처에 상기 하우징의 온도를 측정하기 위한 온도 센서를 포함한다. 상기 온도 센서는 서미스터(thermistor)이거나 저항성 온도 검출기(resistive temperature detector)이다.Other embodiments include one or more of the following features. Wherein the linear actuator is a pneumatic actuator including an air bearing cylinder and the sensor for measuring the force exerted on the sample by the probe head has a pressure of gas applied to the pneumatic actuator It is a pressure sensor arranged to measure. Alternatively, the linear actuator is an electromagnetic actuator and the sensor for measuring the force exerted on the sample is positioned on the housing in the identified region where the sample is fixed during operation. The device also includes at least one conduit that is in thermal communication proximate to a portion of the housing next to the identified location, the at least one conduit is a temperature controlled fluid to control the temperature of the sample during testing For transport; And a temperature sensor for measuring the temperature of the housing near the identified area in which the sample is located during operation. The temperature sensor may be a thermistor or a resistive temperature detector.

다른 실시 예들은 또한 다음 특징들 중 하나 이상을 포함한다. 상기 위치 센서 조립체는 광학 판독 헤드(optical read head)와 마킹이 있는 스케일(scale with markings)을 포함하는 비 접촉식, 광학 위치 센서 조립체이다. 상기 광학 판독 헤드는 상기 하우징 상에 장착되고 상기 스케일은 상기 이동 가능한 프로브 조립체 상에 장착된다. 상기 복수의 접점은 스프링이 장착된 복수의 접촉 핀이다. 상기 테스트 기기는 또한 상기 샘플이 작동 중에 배치되는 곳 근처의 상기 하우징 상에 위치된 가열 요소를 포함한다. 상기 가열 요소는 펠티에 장치(Peltier device) 또는 저항성 가열기 요소(resistive heater element)이다. Other embodiments also include one or more of the following features. The position sensor assembly is a non-contact, optical position sensor assembly including an optical read head and a scale with markings. The optical read head is mounted on the housing and the scale is mounted on the movable probe assembly. The plurality of contacts are a plurality of spring-mounted contact pins. The test instrument also includes a heating element located on the housing near where the sample is placed during operation. The heating element is a Peltier device or a resistive heater element.

본원에서 설명된 실시 예들 중 적어도 일부는 테스트 장치들에 대해 테스트를 수행하는 사람이 전기 테스트들이 수행되는 다양한 환경적 조건에 대해 정밀한 제어를 할 수 있게 한다. 예를 들어, 테스터가 제한 없이 테스트 중에 샘플에 제어된 정적 또는 동적 압력을 적용할 수 있고, 테스트가 수행되는 특정 정적 온도를 선택적으로 제어할 수 있으며, 테스트 동안 하중 적용 요소(load applying element)의 선형(수직) 변위를 정밀하게 측정할 수 있고, 샘플에 등척성 테스트(isometric test)를 수행할 수 있으며 (즉, 힘을 측정하는 동안 위치를 제어), 샘플에 등장성 테스트(isotonic test)를 수행할 수 있다 (즉, 위치를 측정하는 동안 힘을 제어). At least some of the embodiments described herein allow the person performing the tests on the test devices to have precise control over the various environmental conditions under which the electrical tests are performed. For example, a tester can apply controlled static or dynamic pressure to a sample during the test without limitation, selectively control the particular static temperature at which the test is performed, and during the test, a load applying element It is possible to precisely measure linear (vertical) displacements, perform isometric tests on the samples (ie, control position during force measurements), perform isotonic tests on the samples (Ie, controlling the force during position measurement).

도 1은 테스트 기기의 좌측면을 도시한다.
도 2는 우측면으로부터 도 1의 테스트 기기의 부분 단면도를 도시한다.
도 3a 및 도 3b는 도 1의 테스트 기기의 정면, 관련 있는 내부 특징들을 보다 분명하게 드러내기 위한 부분 단면도의 하나를 도시한다.
도 4는 도 1에서 도시된 테스트 기기의 일부인 플랫폼을 도시한다.
도 5는 대안적인 프로브 헤드 디자인(probe head design)을 도시한다.
도 6은 완전 개방 위치의 사쉐(sachet)를 도시한다.
도 7은 닫힌 구성의 도 6의 사쉐를 도시한다.
도 8은 상술된 테스트 기기를 포함하는 테스트 시스템의 블록도이다. Figure 1 shows the left side of the test instrument.
Figure 2 shows a partial cross-sectional view of the test instrument of Figure 1 from the right side.
Figures 3a and 3b show one of the partial cross-sectional views for more clearly revealing the frontal, related internal features of the test instrument of Figure 1;
Figure 4 shows a platform that is part of the test instrument shown in Figure 1.
Figure 5 shows an alternative probe head design.
Figure 6 shows a sachet of the fully open position.
Figure 7 shows the sash in Figure 6 of the closed configuration.
8 is a block diagram of a test system including the above-described test instrument.

본원에서 설명된 테스트 시스템은 (도 1에서 도시된) 테스트 기기(100)와 테스트 기기(100)에 꼭 들어맞고 전기적 속성들이 테스트될 다른 전기화학적 재료들을 담는 (도 6에서 도시된) 특별히 디자인된 샘플 홀더 또는 사쉐(500)를 포함한다. The test system described herein is a specially designed test system 100 (shown in FIG. 1) that fits into a test device 100 and a test device 100 and contains electrical and chemical properties of other electrochemical materials to be tested A sample holder or a sachet 500.

테스트 기기Test Equipment

도 1을 참조하면, 테스트 기기(100)는 샘플의 전기적 특성들을 측정하는 동안 샘플에 적용되는 압력과 샘플의 온도를 제어할 수 있다. 샘플의 전기적 특성들이 측정되는 동안 일정한 압력하에서 유지되기 때문에 테스트 기기(100)는 테스트 샘플의 물리적 팽창을 측정할 수 있다. 이러한 측정 중에 테스트 기기(100)는 테스트 샘플의 온도를 제어할 수 있다. 그리고 테스트 기기(100)는 전기 테스트 중에 그 두께가 일정한 값으로 제한되므로 테스트 샘플에 의해 생성되는 압력을 측정할 수 있다. Referring to FIG. 1, a test instrument 100 may control the pressure applied to a sample and the temperature of the sample while measuring the electrical characteristics of the sample. Because the electrical properties of the sample are maintained under constant pressure during the measurement, the test instrument 100 can measure the physical expansion of the test sample. During this measurement, the test instrument 100 can control the temperature of the test sample. Since the thickness of the test apparatus 100 is limited to a predetermined value during the electrical test, the pressure generated by the test sample can be measured.

테스트 기기(100)는 가공된 알루미늄 지지 플랫폼(104) 상에 장착된 가공된 알루미늄 본체(102)를 포함한다. 본체(102)는 액추에이터(106)의 작동 단부에 부착된 프로브 헤드(108)의 상하 운동을 제어하는 선형 액추에이터(106)에 대한 지지를 제공한다. 액추에이터(106)는 지지 플랫폼(104)을 향해 아래로 연장되는 그 액추에이터 샤프트(actuator shaft)(112)와 본체(102)의 상부에서 나사 결합된다. 프로브 헤드(108)는 액추에이터 샤프트(112)의 단부에 나사 결합되고 작동 중에 테스트 샘플(도시되지 않음)과 접촉하는 최하단의 평평한 작업면(114)을 가진다. 액추에이터(106)는 테스트 동안 지지 플랫폼(104) 상에 평평한 오목한 영역(recessed area)(110) 내에 배치된 샘플(도시되지 않음)에 제어된 힘/압력을 가하기 위해 사용된다. 엑추에이터(106)의 세로축이 오목한 영역(110)의 평면에 수직이고 액추에이터(106)의 작동 단부에 조립될 때 프로브 헤드(108)의 작업면(114)이 오목한 영역(110)의 평평한 표면에 평행한 것을 확인하는 데 주의해야 한다. 이는 테스트 샘플에 적용되는 힘/압력이 샘플의 접촉된 영역에 걸쳐 균일함을 보장하기 위한 것이다. The test instrument 100 includes a machined aluminum body 102 mounted on a machined aluminum support platform 104. The body 102 provides support for a linear actuator 106 that controls the up and down movement of the probe head 108 attached to the operative end of the actuator 106. [ The actuator 106 is threaded at its upper portion with its actuator shaft 112 extending downward toward the support platform 104. The probe head 108 has a bottom flat working surface 114 that is threaded into the end of the actuator shaft 112 and contacts a test sample (not shown) during operation. The actuator 106 is used to apply controlled force / pressure to a sample (not shown) placed in a flat recessed area 110 on the support platform 104 during testing. The working surface 114 of the probe head 108 is parallel to the flat surface of the concave region 110 when the longitudinal axis of the actuator 106 is perpendicular to the plane of the concave region 110 and assembled to the working end of the actuator 106 You should be careful to confirm what you did. This is to ensure that the force / pressure applied to the test sample is uniform over the contacted area of the sample.

설명된 실시 예에서, 선형 액추에이터는 Airpot Corporation의 Airpel Anti-Stiction® 에어 베어링 실린더(air bearing cylinder)이다. 그것은 낮은 정지 마찰(stiction)로 인해 매우 정확한 힘 제어가 가능한 공압식 액추에이터(pneumatic actuator)이다. 그것은 피스톤과 유리 실린더 사이에 에어 베어링을 가지는 붕규산 유리 실린더(borosilicate glass cylinder)와 흑연 피스톤(graphite piston)을 포함한다. 그것은 단지 몇 그램 정도의 낮은 힘과 0.2psi 미만의 압력에 반응할 수 있다. 에어 실린더에 의해 적용되는 힘은 공지의 실린더에 제공되는 공기의 압력의 함수이다. 따라서, 인라인 압력(inline pressure), 아날로그 출력 센서로 공기 압력을 모니터링함으로써, 프로브 헤드가 테스트 샘플에 적용하는 힘/압력을 쉽게 결정할 수 있다. In the illustrated embodiment, the linear actuator is the Airpel Anti-Stiction® air bearing cylinder from Airpot Corporation. It is a pneumatic actuator with very precise force control due to low stiction. It includes a borosilicate glass cylinder and a graphite piston with an air bearing between the piston and the glass cylinder. It can only respond to pressures as low as a few grams and pressures of less than 0.2 psi. The force applied by the air cylinder is a function of the pressure of the air supplied to the known cylinder. Thus, by monitoring the air pressure with an inline pressure, analog output sensor, the probe head can easily determine the force / pressure applied to the test sample.

예를 들어, 본원에서 참조로 원용되는 “Controlled Needle-Free Transport”라는 타이틀의 U.S. 7,833,189에서 설명된 유형의 전자기 로렌츠 힘 액추에이터 같은 다른 유형의 액추에이터들 또한 사용될 수 있다. 그러나 일반적으로 수행될 필요가 있을 수 있는 테스트들의 민감도를 고려해 볼 때 낮은 정지 마찰을 가지는 이러한 유형의 액추에이터를 사용하는 것이 바람직하다. 정밀 에어 베어링 실린더의 사용은 많은 대안들에 비해 장점들을 가진다. 그것은 전통적인 선형 요소들과 전형적으로 관련된 마찰력을 최소화한다. 감소된 마찰은 결과적으로 두께 측정의 정확성을 극대화하고 장치의 동적 범위 및 민감도를 최적화한다. 또한, 장기간의 테스트는 그것들이 일관되고 균일한 힘 적용을 달성하기 위해 일반적으로 일정한 에너지 입력[즉, 전력(power)]을 요구하지 않기 때문에 공압식 액추에이터의 사용으로 이득을 얻는다. 고 대역폭 또는 큰 동적 범위의 단기간의 테스트는 로렌츠 힘 액추에이터로부터 이득을 얻을 수 있다. See, for example, U.S. Pat. Nos. Entitled " Controlled Needle-Free Transport " Other types of actuators, such as electromagnetic Lorentz force actuators of the type described in U.S. Pat. No. 7,833,189, may also be used. However, in view of the sensitivity of tests that may need to be performed in general, it is desirable to use this type of actuator with low traction. The use of precision air bearing cylinders has advantages over many alternatives. It minimizes frictional forces typically associated with traditional linear elements. Reduced friction results in maximizing the accuracy of thickness measurements and optimizing the dynamic range and sensitivity of the device. Also, long-term testing benefits from the use of pneumatic actuators because they do not typically require a constant energy input (i.e., power) to achieve consistent and uniform force application. Short-term testing of high bandwidth or large dynamic range can benefit from Lorentz force actuators.

본원에서 설명된 것 외의 액추에이터가 사용된다면, 테스트 기기는 또한 프로브 헤드와 액추에이터 샤프트 사이에 선택적으로 위치된 별도의 힘-감지 장치(force-sensing device)를 포함할 필요가 있을 것이다. If an actuator other than those described herein is used, the test instrument would also need to include a separate force-sensing device that is selectively positioned between the probe head and the actuator shaft.

도 2에 도시된 바와 같이, 2차 에어 베어링 지지 요소(116)는 액추에이터(106)의 출력단에 위치된다. 이것은 샤프트(112)가 오목한 영역(110)의 평면에 수직으로 정확히 정렬되게 유지하기 위해 정지 마찰이 거의 또는 전혀 없는 샤프트(112)에 대한 축외 강성(off axis stiffness)을 제공한다. 액추에이터(106)의 상부에는 가압된 공기가 액추에이터(106)에 제공되는 입력 포트가 있다. 이 입력 포트는 공급 라인(도시되지 않음) 상의 피팅(fitting)이 나사 결합되는 나사부(threaded portion)를 가진다. 프로브 헤드(108)는 프로브 헤드(108)의 상부로 나사결합되는 액추에이터 샤프트(112)를 둘러싸는 상부 표면상에 자석 링(120)을 포함한다. 또한, 프로브 헤드(108)는 그 상부 전방 영역에 위치되어 연장되는 리프트 암(122)을 포함한다. 리프트 암(lift arm)(122)은 테스트 기기(100)의 조작자가 새로운 테스트 샘플을 오목한 영역(110)으로 삽입하거나 테스트 샘플이 삽입된 후에 수동으로 하부 프로브 헤드(108)를 오목한 영역(110)으로부터 제거할 필요가 있을 때 수동으로 프로브 헤드(108)를 들어올리는 쉬운 방법을 제공한다. 링 자석(120)은 이러한 동작들이 수행되는 동안 프로브 헤드(108)를 업 포지션(up position)으로 유지한다. As shown in FIG. 2, the secondary air bearing support element 116 is located at the output end of the actuator 106. This provides off axis stiffness for the shaft 112 with little or no static friction to keep the shaft 112 properly aligned perpendicular to the plane of the recessed area 110. [ Above the actuator 106 is an input port through which the pressurized air is provided to the actuator 106. The input port has a threaded portion to which a fitting on a supply line (not shown) is threaded. The probe head 108 includes a magnet ring 120 on an upper surface that surrounds an actuator shaft 112 threaded onto the top of the probe head 108. In addition, the probe head 108 includes a lift arm 122 positioned and extending in its upper front region. A lift arm 122 is used to manually move the lower probe head 108 into the recessed area 110 after an operator of the test apparatus 100 inserts a new test sample into the recessed area 110 or manually inserts the test sample. Which provides an easy way to manually lift the probe head 108 when it needs to be removed from the probe head 108. [ The ring magnet 120 maintains the probe head 108 in an up position while these operations are performed.

테스트 기기(100)는 또한 프로브 헤드(108)의 후방에서 가까운 본체(102) 상에 장착된 광센서 조립체(optical sensor assembly)(124)를 포함한다. 광센서 조립체(124)는 프로브 헤드(108)의 후방에 장착된 스케일(scale)(128) 상의 마킹들(markings)을 검출하는 판독 헤드 센서(read head sensor)(126)를 포함한다. 설명된 실시 예에서, 광센서 조립체(124)는 Renishaw에 의해 제조된 TONiC™이다. 이것은 최대 10m/s의 속도와 1nm 이하의 분해능을 제공하는 초소형, 비접촉식 광학 인코더이다.The test instrument 100 also includes an optical sensor assembly 124 mounted on the body 102 proximate to the rear of the probe head 108. The optical sensor assembly 124 includes a read head sensor 126 that detects markings on a scale 128 mounted behind the probe head 108. In the illustrated embodiment, the light sensor assembly 124 is TONiC (TM) manufactured by Renishaw. It is a compact, non-contact optical encoder that provides speeds of up to 10 m / s and resolutions below 1 nm.

프로브 헤드(108) 상에 장착된 스케일(128)의 움직임을 감지하여, 광센서 조립체(124)는 테스트 샘플에 측정을 수행할 때 프로브 헤드(108)의 절대 위치를 정확하게 측정하는 방법을 제공한다. 따라서, 전력이 테스트 샘플에 전달될 때 또는 방전될 때 샘플이 팽창하면, 정확한 팽창량은 광센서 조립체(124)를 사용하여 측정될 수 있다. 추가로, 제어기의 도움으로, 프로브 헤드에 의해 샘플에 가해지는 압력은 테스트 샘플의 두께를 일정 최대 값으로 제한하도록 변화될 수 있다. The optical sensor assembly 124 senses the movement of the scale 128 mounted on the probe head 108 and provides a method of accurately measuring the absolute position of the probe head 108 when performing measurements on a test sample . Thus, if the sample expands when power is delivered to or discharged from the test sample, the correct amount of expansion can be measured using the optical sensor assembly 124. In addition, with the aid of the controller, the pressure exerted on the sample by the probe head can be varied to limit the thickness of the test sample to a certain maximum value.

예를 들어, 용량성 프로브 센서 및 자기 위치 센서를 포함하여, 광센서 외에 다른 센서들이 또한 사용될 수 있다.Other sensors besides optical sensors may also be used, including, for example, capacitive probe sensors and magnetic position sensors.

외부 제어 하에 액추에이터(106)로의 공기압의 공급원(supply)을 켜고 끄는 솔레노이드(130)가 본체(102)의 배면에 장착된다. 그것은 공기 공급 라인(도시되지 않음)이 연결되는 입력 포트(132)와 액추에이터(106)의 입력 포트(118)로 연결된 라인(도시되지 않음)이 부착된 출력 포트(134), 솔레노이드를 작동하기 위한 전력 입력(power input)(135)을 가진다.A solenoid 130 for turning on and off a supply of air pressure to the actuator 106 under external control is mounted on the rear surface of the main body 102. [ It has an input port 132 to which an air supply line (not shown) is connected and an output port 134 to which a line (not shown) is connected which is connected to the input port 118 of the actuator 106, And a power input (135).

도 1 및 도 4를 참조하면, 온도 제어의 목적상, 플랫폼(104)은 테스트 샘플들이 테스트를 위해 삽입되는 오목한 영역(110) 바로 아래 한쪽으로부터 다른 쪽으로 연장되는 세 개의 유동 채널(flow channel)(132)을 가진다. 각각의 유동 채널(132)의 각 단부에는 플랫폼 안으로 나사형 피팅(threaded fiting)(도시되지 않음)이 나사 결합될 수 있게 하는 나사부(134)가 있다. 플랫폼(104)의 한쪽에는, 각 채널(132)에 대한 개구를 둘러싸는 오목한 영역(136)이 있다. 이러한 오목한 영역(134)은 O-링 씰(O-ring seals)(도시되지 않음)을 수용하기 위한 것이다. 테스트 기기의 작동 중에, 가열되거나 냉각된 물이 이러한 채널들(132)을 통해 흐르게 되어 플랫폼(104)의 온도를 제어함으로써 플랫폼상에 놓은 장치의 온도를 제어한다.Referring to Figures 1 and 4, for purposes of temperature control, the platform 104 includes three flow channels (not shown) extending from one side directly below the concave region 110 into which the test samples are inserted for testing 132). At each end of each flow channel 132 is a threaded portion 134 that allows a threaded fitting (not shown) to be threaded into the platform. On one side of the platform 104 is a recessed region 136 surrounding the opening for each channel 132. This recessed area 134 is intended to accommodate O-ring seals (not shown). During operation of the test apparatus, heated or cooled water flows through these channels 132 to control the temperature of the platform 104 to control the temperature of the device placed on the platform.

도 3b 및 도 4를 참조하면, 플랫폼(104)은 후방을 관통하여 뚫고 중간 유동 채널(132)과 오목한 영역(110)의 중간 사이의 위치로 연장되는 채널(160)을 포함한다. 온도 감지 장치(161)(예를 들어, 서미스터(thermistor), 저항 온도 감지기, 서모 파일(thermo pile)/비접촉IR(IR-noncontact))가 오목한 영역(110) 아래 위치에서 채널(160) 내에 배치된다. 이 장치는 온도 감지 및 제어에 사용된다. Referring to Figures 3B and 4, the platform 104 includes a channel 160 that extends through the rear and extends to a location intermediate the intermediate flow channel 132 and the recessed area 110. [ A temperature sensing device 161 (e.g., a thermistor, a resistance temperature sensor, a thermo pile / IR-noncontact) is placed in the channel 160 at a location below the recessed area 110 do. This device is used for temperature sensing and control.

특히 방금 설명한 가열 및 냉각 매니폴드 조립체(manifold assembly)와 관련하여 테스트 기기의 디자인은 테스트 기기가 독립형 유닛으로 작동되거나 임의의 수의 다른 테스트 기기들과 함께 작동될 수 있게 한다. 테스트 기기가 설치되는 방법에 따라(즉, 다른 테스트 기기들과 함께 또는 독립형으로), 적합한 피팅들이 유동 채널들(132)의 말단에 있는 나사 영역(threaded area) 안으로 나사 결합된다. 테스트 기기가 독립형 유닛으로 설치되면, 온도 제어 시스템의 송수관(water line)에 대한 연결을 만들기 위한 피팅이 나사부(134) 안으로 나사 결합된다. In particular, the design of a test device in conjunction with the heating and cooling manifold assembly just described allows the test device to operate as a stand-alone unit or to work with any number of other test devices. Suitable fittings are threaded into the threaded area at the end of the flow channels 132, depending on how the test instrument is installed (i.e., with or without other test instruments). When the test instrument is installed as a stand-alone unit, the fitting for making a connection to the water line of the temperature control system is threaded into the threaded portion 134.

테스트 기기가 어레이(array)의 일부로서 설치되면, 그것들은 서로 옆에 나란히 있어서 그것들의 측면들이 인접하고 유동 채널들이 서로 정렬된다. 이 구성에서, O-링들이 유동 채널들(132) 주위의 오목한 영역(136)으로 삽입된다. 한 유닛이 이웃 유닛에 맞닿았을 때, O-링은 인접한 유닛의 플랫폼의 측벽과 접촉하여 유체가 매니폴드에서 새어나가는 것을 방지하는 씰을 형성한다. 복수의 유닛은 그런 다음 정렬(lineup) 내의 복수의 테스트 기기들의 정렬된 구멍들(146)에 삽입되는 나사형 말단을 가지는 막대들(rods)(도시되지 않음)에 의해 함께 고정된다. 이러한 나사형 막대들의 말단에서 너트들은 유닛들이 단단히 함께 붙도록 조여져서 O-링들이 이웃한 유닛들 사이의 인터페이스에서 유동 채널들에 좋은 씰을 형성한다. 이 방법으로, 장치들의 대규모 병렬 테스트를 위해 테스트 기기들의 큰 클러스터를 설치하는 것이 가능하여, 그에 따라 복잡한 복합 시스템에 대한 더 신속한 프로토타이핑 및 실험을 가능하게 한다. 또한, 개별 테스트 장치들이 용이하게 추가되거나 제거될 수 있다. When the test equipment is installed as part of an array, they are next to each other so that their sides are adjacent and the flow channels are aligned with one another. In this configuration, O-rings are inserted into the recessed region 136 around the flow channels 132. When a unit is brought into contact with a neighboring unit, the O-ring contacts the sidewall of the platform of the adjacent unit to form a seal that prevents fluid from escaping from the manifold. The plurality of units are then secured together by rods (not shown) having threaded ends that are inserted into aligned holes 146 of a plurality of test instruments in the lineup. At the ends of these threaded rods, the nuts are tightened tightly together so that the O-rings form a good seal to the flow channels at the interface between neighboring units. In this way, it is possible to install large clusters of test instruments for large scale parallel testing of devices, thereby enabling faster prototyping and testing of complex complex systems. Also, individual test devices can be easily added or removed.

전술한 가열/냉각 매니폴드에 대한 대안으로서, 플랫폼(104) 상의 오목한 영역들(110)에 장착된 개별적인 가열 요소들(예를 들어, 펠티에 소자들(Peltier devices) 또는 저항성 히터들)을 대신 사용할 수 있다. 이러한 접근 방법이 사용되면, 더 열 전도성이 높은 플랫폼으로의 열 손실을 줄이기 위해 히터 요소들과 플랫폼 사이에 절연체를 배치하는 것이 적절할 수 있다. 추가로, 온도 센서들이 또한 테스트 장치의 온도를 정확하게 모니터하도록 히터 요소들 위에 배치될 수 있다. 개별적인 히터들을 사용하여 장치 온도가 변경될 수 있는 속도는 물과 플랫폼들(훨씬 더 높은 열 질량을 나타냄)의 온도가 변경되어야 하는 매니폴드 방법에 비해 훨씬 더 빠르다. As an alternative to the aforementioned heating / cooling manifolds, alternative heating elements (e.g., Peltier devices or resistive heaters) mounted in recessed areas 110 on the platform 104 may be used instead . If this approach is used, it may be appropriate to place an insulator between the heater elements and the platform to reduce heat loss to a more thermally conductive platform. In addition, temperature sensors may also be placed on the heater elements to accurately monitor the temperature of the test apparatus. The rate at which device temperatures can be changed using individual heaters is much faster than the manifold method, where the temperatures of water and platforms (which represent much higher thermal masses) have to be changed.

테스트 기기에서 테스트 샘플들에 전기 접점들을 만들기 위해, 본체(102)의 일 측면에 장착된 접촉기 조립체(contactor assembly)(138)가 있다. 접촉기 조립체(138)는 그 바닥 면에 부착된 POGO LC 접촉기들(144)의 2x8 어레이를 포함한다. 접촉기들의 패턴 및 간격은 테스트 샘플 상의 접촉 패드의 패턴 및 간격과 동일하며, 아래에 더 상세히 설명된다. 위치(144)(도 3 참조)에서 본체(102)로 나사결합하는 볼트(142)는 접촉기 조립체(138)가 그에 대해 접촉기들을 상승 및 하강시키기 위해 선회될 수 있는 샤프트를 제공한다. 조작자가 그에 의해 접촉기들을 올리거나 내리는 데 사용하기 위해 볼트(142)에 의해 설정된 피봇에 대해 수동으로 유닛을 회전하기 위해 사용하는 레버 암(140)은 접촉기 조립체로부터 위쪽으로 연장된다. 포고 핀들(pogo pins)은 접촉기 조립체가 제 위치로 낮아질 때 접촉 패드들과의 양호한 접촉을 확립하도록 비틀림 스프링들(torsion springs)에 의해 적절하게 사전 설치된다.There is a contactor assembly 138 mounted on one side of the body 102 to make electrical contacts on the test samples in the test instrument. The contactor assembly 138 includes a 2x8 array of POGO LC contactors 144 attached to its bottom surface. The pattern and spacing of the contactors are the same as the pattern and spacing of the contact pads on the test sample, and are described in further detail below. A bolt 142 threaded from the position 144 (see FIG. 3) to the body 102 provides a shaft through which the contactor assembly 138 can be pivoted to raise and lower contactors thereto. The lever arm 140, which is used by the operator to manually rotate the unit about the pivot set by the bolt 142 for use by the operator to raise or lower the contactor, extends upwardly from the contactor assembly. The pogo pins are suitably pre-installed by torsion springs to establish good contact with the contact pads when the contactor assembly is lowered into place.

대안적으로 디자인된 프로브 헤드(108')가 도 5에서 도시된다. 그것은 어떤 방향으로든 소량으로 쉽게 기울일 수 있어 평행한 상부를 갖지 않을 수 있는 샘플을 수용할 수 있는 접촉 표면(114')을 가지는 이점을 가진다. 이 틸팅 능력(tilting ability)은 테스트 샘플의 표면 위에 가해진 압력의 보다 균일한 분포를 보장한다. An alternatively designed probe head 108 'is shown in FIG. It has the advantage of having a contact surface 114 'which can be easily tilted in small amounts in any direction and which can accommodate a sample which may not have a parallel top. This tilting ability ensures a more uniform distribution of the pressure exerted on the surface of the test sample.

대안적인 프로브 헤드(108')는 테스트 중의 샘플을 접촉하는 바닥 표면(114')을 가지는 접촉기 프로브(162)를 에워싸는 하우징(160)을 포함한다. 하우징(160)은 하우징의 외부로 연장되는 접촉기 프로브(162)의 하부의 작은 부분(이것은 테스트 샘플과 접촉하는 부분임)을 제외하고 접촉기 프로브(162)가 대부분 수용되는 중공 영역을 가진다. 상단에, 접촉기 프로브(162)의 상단에 맞춘 구멍이 있다. 접촉기 프로브(162)의 바닥면(114')은 평평하고 원형이다. 접촉기 프로브(162)의 상단(164)은 원통형이며 하우징(160)의 구멍에 끼워진다. 평평한 바닥면과 원통형 상단 사이에서, 접촉기 프로브는 원뿔형이며 좁은 직경의 목부로 점점 가늘어지고 그런 다음 원통형 상단의 직경까지 되돌아옴으로써 단단한 원추형 굴곡 영역을 형성한다. 접촉기 프로브가 끼워지는 하우징(160)의 개구는 원통형이고, 프로브 헤드(108')의 평평한 원형 표면의 직경보다 약간 더 작은 내경을 가지며, 이웃한 프로브 헤드의 가늘어진 부분의 각도와 동일한 각도를 가지는 베벨 에지(beveled edge)(168)를 가진다. 좁은 원추형 굴곡 영역(166)은 헤드가 쉽게 구부러지도록 충분히 가늘고 그에 따라 프로브 헤드가 테스트 중의 샘플의 상부에서 임의의 약간의 경사를 수용하기에 충분한 양만큼 축을 벗어나 기우는 것을 허용한다. 그러나 가장 좁은 부분의 직경은 프로브 헤드가 좌굴(buckling) 또는 변형(deforming)없이 샘플을 테스트하기 위해 요구되는 최대 힘을 전송할 수 있도록 충분히 크게 디자인된다. An alternative probe head 108 'includes a housing 160 surrounding a contactor probe 162 having a bottom surface 114' that contacts a sample under test. The housing 160 has a hollow region in which most of the contactor probes 162 are received except for a small portion of the lower portion of the contactor probe 162 that extends out of the housing (which is the portion in contact with the test sample). At the top, there is a hole aligned with the top of the contactor probe 162. The bottom surface 114 'of the contactor probe 162 is flat and circular. The top 164 of the contactor probe 162 is cylindrical and fits in the hole in the housing 160. Between the flat bottom surface and the cylindrical top, the contactor probe is conical and tapers to a narrow diameter neck and then back to the diameter of the cylindrical top to form a rigid conical bend area. The opening of the housing 160 in which the contactor probe is inserted is cylindrical and has an inner diameter slightly smaller than the diameter of the flat circular surface of the probe head 108 'and has an angle equal to the angle of the tapered portion of the adjacent probe head And has a beveled edge 168. The narrow conical bend region 166 allows the head to be sufficiently thin so that the head is easily bent so that the probe head tilts away from the axis by an amount sufficient to accommodate any slight tilt at the top of the sample under test. However, the diameter of the narrowest portion is designed to be large enough so that the probe head can transmit the maximum force required to test the sample without buckling or deforming.

사쉐Sasha (The Sachet)(The Sachet)

도 6을 참조하면, 사쉐 또는 샘플 홀더(200)는 특정 장치 화학적 성질(particular device chemistry)의 성능을 시험하기 위한 셀을 쉽게 조립할 수 있도록 하는 구조이다. 테스트될 재료들이 샘플 홀더(500)에 배치되고, 도 7에서 도시된 바와 같이 밀봉된 패킷 또는 셀을 형성하기 위해 함께 접히며, 그 밀봉된 패킷은 다수의 전기 테스트들을 수행하기 위해 테스트 기기에 배치된다. Referring to FIG. 6, the sachet or sample holder 200 is a structure that allows easy assembly of a cell for testing the performance of a particular device chemistry. The materials to be tested are placed in a sample holder 500 and folded together to form a sealed packet or cell, as shown in Figure 7, and the sealed packet is placed in a test device to perform a number of electrical tests do.

샘플 홀더(200)는 외부 환경 요소에 의한 오염을 방지하는 한편 그 안의 테스트 중인 재료들의 동적 움직임을 허용하는 가요성이고 고도로 불침투성인 소수성 사쉐 재료(202)(소위 폴리이미드인 켑톤 또는 PET/마일러(mylar))로 구성된다. 그것은 힌지(hinge)(206)에 의해 분리된 두 개의 대칭 부분 또는 날개(204a 및 204b)를 가진다. 설명된 실시 예에서, 힌지(206)는 천공들에 의해 정의된 선을 따라 필름이 더 쉽게 접힐 수 있도록 만드는 필름(202)을 통과하는 작은 구멍들 또는 천공들의 선형 시퀀스(linear sequence)에 의해 형성된다. 날개들 중 하나 상의 접촉 패드 탭(208)을 제외하고, 샘플 홀더(200)의 날개들(204a 및 204b)은 동일한 형태와 크기를 가지므로, 서로 위에 접혀질 때, 그것들은 서로 정렬하고 일치한다. The sample holder 200 is a flexible and highly impermeable hydrophobic sachet material 202 (a so-called polyimide sulphate or PET / hemihydrate) that prevents contamination by external environmental elements while permitting dynamic movement of the materials under test therein Mylar). It has two symmetrical parts or blades 204a and 204b separated by a hinge 206. [ In the illustrated embodiment, the hinge 206 is formed by a linear sequence of tiny holes or perforations through the film 202 that allows the film to fold more easily along the line defined by the perforations do. Except for the contact pad tab 208 on one of the wings, the wings 204a and 204b of the sample holder 200 have the same shape and size, so that when they are folded over one another, they align and align with each other .

예시된 실시 예에서, 각 날개(204a 및 204b)의 외주는 “U”자의 바닥을 나타내는 곡선 부분을 결합하는 평행한 대향 측면을 가지는 “U”자 형상 내에 있다. 곡선 부분의 외주는 원의 부분이다. 테스트 기기(도 4 참조)의 플랫폼(104)의 오목한 영역(110)의 형상과 크기는 접촉기 조립체와 적절하게 정렬된 탭으로 테스트를 위해 정밀하고 반복 가능한 위치에 사쉐를 고정하기 위해 조립된 사쉐의 것과 동일하다는 것을 유념한다. 물론 동일한 목적을 달성하는 사쉐에 대한 다른 형상들 또한 가능하다. In the illustrated embodiment, the perimeter of each vane 204a and 204b is in a " U " shape with parallel opposite sides joining the curved portion representing the bottom of the " U " The outline of the curve is the part of the circle. The shape and size of the recessed area 110 of the platform 104 of the test instrument (see FIG. 4) is adjusted by the appropriately aligned taps of the contactor assembly and of the assembled sheathing to secure the sheath in a precise and repeatable position for testing. . Of course, other shapes for the sashes to achieve the same purpose are also possible.

중앙 영역을 완전히 둘러싸는 환상 영역(210a 및 210b)이 각각의 날개(204a 및 204b)에 있고 그 외주는 날개의 곡선 외주와 일치한다. 환상 영역들(210a 및 210b)은 필름(202)이 힌지(206)에 대해 함께 접힐 때 서로 완전히 정렬하고 일치하도록 배열되고 크기가 정해진다. 각각의 날개 상의 전체 환상 영역에 릴리스 재료(release material)(212)의 링에 의해 덮힌 감압 접착제(pressure sensitive adhesive)(PSA)가 발라진다. 설명된 실시 예에서, 접촉 접착제(contact adhesive)는 아크릴 계 3M 467MP 감압 접착제이다. 릴리스 재료 용지 링은 테스트 샘플을 조립하는 동안 취급하기 더 쉽게 만들고 임의의 이물질이 접착제에 우연히 달라붙는 것을 방지한다. Annular regions 210a and 210b completely surrounding the central region are in each of the vanes 204a and 204b, and the outer periphery coincides with the outer periphery of the curve of the vane. The annular regions 210a and 210b are arranged and sized so that the film 202 completely aligns and coincides with each other when folded together against the hinge 206. A pressure sensitive adhesive (PSA) covered by a ring of release material 212 is applied to the entire annular area on each wing. In the illustrated embodiment, the contact adhesive is an acrylic 3M 467MP pressure sensitive adhesive. Release material The paper ring makes the test sample easier to handle during assembly and prevents any foreign material from accidentally sticking to the adhesive.

대안적인 밀봉 방법이 물론 사용될 수 있다. 예를 들어, 초음파 용접을 통한 열 밀봉이 하나의 가능성이다. 또는 다른 종류의 접착제도 사용될 수 있다. 선택은 사쉐 내에서 테스트될 재료들과 신속한 조립 요구 그리고 사쉐가 환경적으로 밀봉되어야만 하는 정도에 어느 정도 의존할 수 있다. Alternative sealing methods may of course be used. For example, hot sealing through ultrasonic welding is one possibility. Or other types of adhesives may be used. The choice may depend to some extent on the materials to be tested in the sheath, the need for rapid assembly and the degree to which the sheath is to be environmentally sealed.

각각의 환상 영역(210a 및 210b)의 중심에 환상 영역과 동축으로 정렬된 큰 원형 접촉 전극들(214a 및 214b)이 있다. 접촉 전극들(214a 및 214b)은 접촉 패드를 둘러싸고 환상 영역으로부터 그것을 분리하는 링 영역(216a 및 216b)을 제외한 환상 영역 내부의 중심 영역 대부분을 커버한다. At the center of each annular region 210a and 210b are large circular contact electrodes 214a and 214b coaxially aligned with the annular region. The contact electrodes 214a and 214b cover most of the central region within the annular region except for the ring regions 216a and 216b surrounding the contact pad and separating it from the annular region.

날개들 중 하나(204a)의 측면으로 연장되는 탭(208)은 각 열에 8개의 접촉 패드들(218)을 가지는 두 개의 평행한 행들을 포함한다. 넓은 전도성 트레이스(conducting trace)(220)는 4개의 접촉 패드(218)를 중앙 접촉 전극(214a)에 연결하고 또 다른 넓은 전도성 트레이스(222)는 4개의 다른 접촉 패드(218)를 중앙 접촉 전극(214b)으로 연결한다. 넓은 전도성 트레이스들(220 및 222) 외에, 2개의 좁은 전도성 트레이스들(224 및 226)이 있으며, 하나는 접촉 패드(208)를 전극(214a)에 연결하고 또 다른 하나는 또 다른 접촉 패드(218)를 전극(214b)에 연결한다. 넓은 전도성 트레이스들(220 및 222)은 전극들(214a 및 214b)에 전력을 공급하기 위한 것이며, 이는 그 전도성 트레이스들이 넓은 이유이다. 그것들이 더 큰 전류를 운반하기 때문에, 그 저항들은 접촉 패드들(218)과 전극들(214a 및 214b) 사이의 과도한 전압 강하 및 가열을 야기하는 것을 피하기 위해 낮을 필요가 있다. 좁은 전도성 트레이스들(224 및 226)은 대응하는 전극들의 전압을 측정하기 위한 감지 트레이스로서의 역할을 한다. 전류가 거의 흐르지 않기 때문에, 상당한 전압 강하가 없을 것이고 따라서 더 좁을 수 있다.The tab 208 extending to the side of one of the wings 204a includes two parallel rows with eight contact pads 218 in each row. A wide conductive trace 220 connects four contact pads 218 to a central contact electrode 214a and another wide conductive trace 222 connects four different contact pads 218 to a central contact electrode 214a. 214b. In addition to the wide conductive traces 220 and 222, there are two narrow conductive traces 224 and 226, one connecting the contact pad 208 to the electrode 214a and the other connecting another contact pad 218 Is connected to the electrode 214b. The wide conductive traces 220 and 222 are for powering the electrodes 214a and 214b, which is why the conductive traces are so wide. Because they carry a larger current, they need to be low to avoid causing excessive voltage drop and heating between contact pads 218 and electrodes 214a and 214b. The narrow conductive traces 224 and 226 serve as sensing traces for measuring the voltage of the corresponding electrodes. Since there is little current to flow, there will be no significant voltage drop and thus may be narrower.

설명된 실시 예에서 모두 6개인 미사용 접촉 패드들은 포함하길 원할 수 있는 장치 구조 내의 다른 임베드된 센서들에 연결하기 위해 사용될 수 있다. 이를 위해, 설명된 예에서, 두 개의 접촉 영역들(230 및 232)이 링(216a)에 포함되고 하나의 접촉 영역(234)이 링(216b)에 포함된다. 이러한 접촉 영역들은 결국 전기적으로 전도성 트레이스들을 통해 탭(208)상의 대응하는 패드들에 연결된다. 2개의 링(216a 및 216b)의 개방 영역 내 접촉 영역은 다른 임베디드 센서들이 연결될 수 있는 지점들을 제공한다. 이러한 미리 배선된 기준 전극 트레이스들을 사용하여 다양한 기준 요소들(예를 들어, 은, 플래티넘, 금, 구리 등)을 부착할 수 있고, 다양한 종류의 샘플 유형들을 만들 수 있으며, 동일한 테스트 장치, 전자 장치 및 사쉐를 사용하여 다양한 전기 화학 테스트 프로토콜들/절차들(예를 들어, 순환전압전류법(cyclic voltammetry), 정전류 측정(galvanostatic measurement), 정전위 측정(potentiostatic measurement), 임피던스 분광법(impedance spectroscopy) 등)을 구현할 수 있다. 예를 들어, 조정된 트레이스(calibrated trace)의 저항 측정을 통해 사쉐 온도를 측정할 수 있으며, 그 경우에 탭(208)상의 접촉 패드들(218) 중 두 개는 조정된 트레이스의 두 단부에 연결하는 데 사용될 수 있다. All six unused contact pads in the described embodiment may be used to connect to other embedded sensors in the device structure that they may wish to include. To this end, in the illustrated example, two contact areas 230 and 232 are included in ring 216a and one contact area 234 is included in ring 216b. These contact areas are eventually electrically connected to corresponding pads on tab 208 through conductive traces. The contact area within the open area of the two rings 216a and 216b provides points at which other embedded sensors can be connected. These pre-wired reference electrode traces may be used to attach various reference elements (e.g., silver, platinum, gold, copper, etc.), to make various types of sample types, (Eg, cyclic voltammetry, galvanostatic measurement, potentiostatic measurement, impedance spectroscopy, etc.) using a variety of electrochemical test protocols / procedures ). ≪ / RTI > For example, the sash temperature can be measured through a resistance measurement of a calibrated trace, where two of the contact pads 218 on the tab 208 are connected to the two ends of the adjusted trace Can be used.

밀봉된 패킷 내부에 테스트 재료를 가지는 조립된 사쉐가 테스트 기기로 삽입될 때, 탭(208)과 접촉 패드들(218)은 테스트 기기의 접촉기 암 조립체(contactor arm assembly)(138)상의 접촉기들(144)과 정렬하여, 외부 테스트 회로가 테스트 장치 및 테스트 장치로 통합되는 임의의 센서들과 연결될 수 있게 한다.The tab 208 and the contact pads 218 are in contact with the contactors (not shown) on the contactor arm assembly 138 of the test instrument when the assembled sheath having the test material in the sealed packet is inserted into the test instrument 144) to allow external test circuitry to be coupled to the test device and any sensors that are integrated into the test device.

설명된 실시 예에서, 전극들과 리드들(leads)은 무전해 니켈 도금을 한 전해 구리로 만들어지고 저저항, 저부식, 저오염, 고순도 소프트 골드로 전기도금된다. 금속 영역들은 다수의 상이한, 공지된 기술 중 임의의 것을 사용하여 제조될 수 있다. 예를 들어, ENIG(the Electroless Nickel Immersion Gold process)를 사용하여 제조될 수 있다. 또는 소프트 골드 전기 도금을 사용할 수 있다. 이러한 기술들 모두 니켈 층상에 형성된 금 층을 포함한다. In the illustrated embodiment, the electrodes and leads are made of electroless copper with electroless nickel plating and electroplated with low resistance, low corrosion, low contamination, high purity soft gold. The metal regions may be fabricated using any of a number of different, known techniques. For example, it can be manufactured using ENIG (the Electroless Nickel Immersion Gold process). Or soft gold electroplating may be used. Both of these techniques involve a gold layer formed on the nickel layer.

대안적으로, 접점들(contacts)은 알루미늄 같은 다른 금속들로 제조될 수 있다. 재료의 선택은 테스트를 위한 사쉐에 넣을 재료의 화학적 성질(chemistry)에 따라 달라질 수 있으며, 일부 재료는 다른 재료보다 특정 화학 작용(chemistry)에 노출되었을 때 분해 및/또는 부식에 보다 저항력이 있다. Alternatively, the contacts may be made of other metals such as aluminum. The choice of material may vary depending on the chemistry of the material to be put into the sachet for testing and some materials are more resistant to decomposition and / or corrosion when exposed to certain chemistry than other materials.

테스트 샘플의 조립은 간단하고 단순하다. 날개들(204)이 펼쳐지거나 열린 위치에 있을 때, 릴리스 필름(release film)이 접착 영역으로부터 제거된다. 그런 다음, 테스트될 재료들이 전극들 중 하나에 적용된다. 장치 구조가 완전히 조립될 때, 내부에 포함된 장치를 가지는 밀봉된 패킷을 형성하기 위해 한 날개가 접선에 대해 나머지 날개 위로 접힌다. 천공된 접선을 사용하여 전극 패드들을 정렬하기 위해 특별한 지그(jig) 또는 절차를 사용하지 않고도 샘플들을 반복하여 신속하게 조립할 수 있다.The assembly of test samples is simple and straightforward. When the wings 204 are in the unfolded or open position, the release film is removed from the adhesive area. The materials to be tested are then applied to one of the electrodes. When the device structure is fully assembled, one wing is folded over the remaining wing to the tangent to form a sealed packet with the device contained therein. Samples can be repeatedly assembled quickly without using special jigs or procedures to align the electrode pads using perforated tangents.

사쉐들은 테스트 샘플 재료상에 밀봉 링에 의해 가해지는 압축력을 최소화하는 목적으로 디자인될 수 있다. 예를 들어, 필름의 컴플라이언스(compliance), 접착 영역의 가장자리로부터 전극(또는 샘플 영역)까지의 거리, 및 접착 영역과 전극 사이에 심 와셔 요소(shim washer element)의 포함 가능성이 모두 샘플의 바람직하지 않은 비 평면 왜곡을 감소시키거나 방지하는 데 사용될 수 있는 디자인 파라미터 또는 특징이다. The sachets can be designed for the purpose of minimizing the compressive force exerted by the seal ring on the test sample material. For example, if the compliance of the film, the distance from the edge of the adhesive region to the electrode (or sample region), and the possibility of incorporating a shim washer element between the adhesive region and the electrode, Plane distortion that can be used to reduce or prevent non-planar distortion.

사쉐들을 제조하기 위한 과정은 종래의 상업적으로 가용한 기술들을 사용한다. 일반적으로, 상이한 층들의 스택(stack)이 조립되고 함께 결합된다. 제1 유전체 층(예를 들어 폴리이미드 층), 다음으로 접착제 층, 그런 다음 전도성 트레이스 층, 다음으로 접착제의 또 다른 층 그리고 맨 위에 마지막 유전체 층으로 이루어진다.The process for fabricating the sheaths uses conventional commercially available techniques. Generally, stacks of different layers are assembled and joined together. (E. G., A polyimide layer), followed by an adhesive layer, followed by a conductive trace layer, followed by another layer of adhesive and a last dielectric layer on top.

설명된 실시 예에서, 사쉐는 양 날개 상에 하나의 접촉 접착제의 링을 사용하여 씰을 형성하고 두 개의 날개를 함께 고정시킨다. 그러나 일부 상황에서는, 특히 시험중의 샘플에서 사용될 수 있는 특정 전해질에 노출되었을 때 이는 충분한 밀봉을 제공하지 못할 수 있다. 두 날개를 함께 밀봉하는 더 안전하고 더 영구적인 방법은 두 개의 동심 접착제 링을 사용하는 것이다. 내부 링은 아마도 열 또는 UV로 경화되는 데 시간이 걸리는 에폭시를 사용하는 한편, 외부 링은 상술된 접착 재료를 사용한다. 외부 링은 에폭시가 경화되는 동안 조립체를 함께 고정한다. 에폭시 링은 접착제가 전해질에 노출되는 것을 방지하고 그것이 경화된 후에 두 개의 날개들을 함께 고정하는 더 강한 결합과 전해질에 의한 분해 그리고 또한 증발 및/또는 산소 또는 다른 가스 침투에 대해 더 저항성이 있는 것 모두를 제공한다. In the illustrated embodiment, the sheath uses a ring of contact adhesive on both wings to form the seal and secure the two wings together. In some circumstances, however, it may not provide sufficient sealing, especially when exposed to certain electrolytes that can be used in the sample under test. A safer and more permanent way of sealing the two wings together is to use two concentric adhesive rings. The inner ring uses an epoxy that takes time to possibly cure with heat or UV, while the outer ring uses the adhesive material described above. The outer ring holds the assembly together while the epoxy is cured. The epoxy ring prevents both the stronger bond and the electrolyte breakdown that will prevent the adhesive from being exposed to the electrolyte and secure the two wings together after it is cured and also the more resistant to evaporation and / or oxygen or other gas infiltration Lt; / RTI >

선택적으로, 사쉐는 또한 테스트 조작자가 특정 테스트 장치와 관련된 식별 정보와 다른 관련된 데이터를 기록할 수 있는 영역을 제공하기 위해 후면에 응용된 마킹 코팅(marking coating)을 포함할 수 있다.Optionally, the sachet may also include a marking coating applied to the back surface to provide a region through which the test operator may record identification data related to the particular test apparatus and other relevant data.

도 8을 참조하면, 본원에서 제시된 아이디어에 따라 구성된 테스트 기기(800)를 포함하는 완전한 시스템은 테스트 기기(800)의 에어 실린더를 작동하기 위한 공기 공급원(802)(또는 가압 가스원), 결국 그 에어 실린더에 의해 테스트 샘플에 가해지는 힘을 제어하는 에어 실린더로의 공기 흐름을 조절하는 유량 제어기(804), 테스트 샘플에 테스트 기기(800)에 의해 가해지는 힘을 측정하기 위한 압력 센서(806), 및 테스트 기기(800)로의 가스 흐름을 켜거나 끄기 위한 솔레노이드(808)를 포함한다.8, a complete system including a test instrument 800 configured in accordance with the idea presented herein may include an air source 802 (or pressurized gas source) for operating an air cylinder of the test instrument 800, A flow controller 804 for regulating the air flow to the air cylinder that controls the force exerted on the test sample by the air cylinder, a pressure sensor 806 for measuring the force exerted by the test instrument 800 on the test sample, And a solenoid 808 for turning on / off gas flow to the test instrument 800.

시스템은 또한 테스트 동안 테스트 샘플이 놓이는 테스트 기기 플랫폼에 공급되는 유체(예를 들어, 물)의 온도를 제어하기 위한 가열/냉각 시스템(810)을 포함한다. The system also includes a heating / cooling system 810 for controlling the temperature of the fluid (e.g., water) supplied to the test instrument platform over which the test sample is placed during the test.

원하는 전기 측정을 수행하기 위해, 전기 테스트 장비(812)의 랙(rack)이 있다. 이것은 적어도 예를 들어, 장치 커패시턴스, 저항, 에너지 입력/방출, 쿨롱 효율, 에너지 밀도, 전력 밀도, 비 에너지(specific energy), 비 출력(specific power), IR 강하, IR 이득, 전류 밀도 등과 같은 수행될 전기 측정의 유형들에 적합한 다른 측정 기기들뿐만 아니라 테스트 중인 장치에 전력을 공급하기 위한 전력원을 포함한다. 전기 테스트 장비는 접촉기 조립체로 전선을 통해 전기적으로 연결되며, 접촉기 조립체는 결국 테스트 중인 장치에 전기 연결을 제공한다. To perform the desired electrical measurements, there is a rack of electrical test equipment 812. This may be accomplished, for example, by at least one or more of: device capacitance, resistance, energy input / output, coulomb efficiency, energy density, power density, specific energy, specific power, IR drop, IR gain, As well as other measuring instruments suitable for the types of electrical measurements to be made, as well as a power source for powering the device under test. The electrical test equipment is electrically connected to the contactor assembly via electrical wires, and the contactor assembly eventually provides electrical connection to the device under test.

시스템 제어기(814)는 유량 제어기(804), 솔레노이드(808), 가열/냉각 시스템(810) 및 전기 테스트 장비(812)의 동작을 제어한다. 그것은 운전자의 수동 제어하에 또는 프로그래밍된 제어하에 자동으로 다양한 테스트들을 실행하고, 획득된 데이터를 로컬 메모리(816)에 관련 작동 조건들(예를 들어, 온도, 압력)과 함께 저장한다. System controller 814 controls the operation of flow controller 804, solenoid 808, heating / cooling system 810 and electrical test equipment 812. It automatically performs various tests under manual control of the operator or under programmed control and stores the acquired data in local memory 816 with associated operating conditions (e.g., temperature, pressure).

공기 공급원(802), 유량 제어기(804), 압력 센서(806) 및 솔레노이드(808)는 힘 제어기 즉, 프로브 헤드에 의해 테스트 샘플에 가해지는 힘을 설정하고 제어하는 서브시스템을 구성한다. 또 다른 유형의 액추에이터가 본원에서 설명된 바와 같은 에어 실린더 대신에 사용된다면 다른 구성요소들이 이러한 구성요소들을 대체할 수 있다. 예를 들어, 로렌츠 힘 선형 액추에이터가 사용된다면, 가변 전력원(또는 전류원)이 공기 공급원과 유량 제어기를 대체한다. 그리고 힘 측정이 프로브 조립체에 통합된 스트레인 게이지(strain gauge)에 의해 수행될 수 있다. The air source 802, the flow controller 804, the pressure sensor 806 and the solenoid 808 constitute a subsystem for setting and controlling the force exerted on the test sample by the force controller, i.e., the probe head. If other types of actuators are used in place of air cylinders as described herein, other components may replace these components. For example, if a Lorentz force linear actuator is used, a variable power source (or current source) replaces the air source and the flow controller. And force measurements can be performed by strain gauges integrated into the probe assembly.

다른 실시 예들이 다음 청구 범위 내에 있다. 예를 들어, 마이크로콘트롤러 및 메모리 칩들이 또한 사쉐에 포함될 수 있어서 예를 들어, 테스트 이력, 그 재료 구성 및 심지어 대량 병렬 테스트 환경에서 최적의 실험 구현을 위해 피드백되는 데이터의 사용을 알 수 있는 지능형 장치를 만들 수 있다. 또한, 사쉐는 이미 조립된 테스트 샘플로 유체(예를 들어, 전해질)를 도입 및/또는 재도입하기 위한 중격(septa)을 포함할 수 있다. Other embodiments are within the scope of the following claims. For example, microcontrollers and memory chips may also be included in the chassis so that the intelligent device < RTI ID = 0.0 > (e. G., ≪ / RTI > . The sachet may also include a septa for introducing and / or reintroducing fluid (e.g., electrolyte) into the already assembled test sample.

Claims (15)

복수의 전기 전도성 접촉 패드를 가지는 샘플과 함께 사용하기 위한 테스트 기기로서, 상기 기기는
제어 가능한 가변 힘 선형 액추에이터;
상기 선형 액추에이터에 의해 작동되는 프로브 조립체 - 상기 프로브 조립체는 상기 샘플을 접촉하기 위한 표면을 가지는 프로브 헤드를 일 단에 가짐-;
상기 샘플 상의 상기 복수의 접촉 패드들을 전기적으로 접촉하기 위한 복수의 접점을 포함하는 이동가능한 접촉기 조립체;
상기 선형 액추에이터 및 접촉기 조립체가 장착되는 하우징 - 상기 하우징은 테스트 동안 상기 샘플을 고정하기 위한 식별된 영역을 가짐 -;
상기 프로브의 위치의 변화를 측정하기 위한 위치 센서 조립체; 및
상기 프로브 헤드에 의해 상기 샘플에 가해진 힘을 측정하기 위한 센서를 포함하는, 테스트 기기. A test instrument for use with a sample having a plurality of electrically conductive contact pads, the instrument comprising:
A controllable variable force linear actuator;
A probe assembly operated by the linear actuator, the probe assembly having at one end a probe head having a surface for contacting the sample;
A movable contactor assembly including a plurality of contacts for electrically contacting the plurality of contact pads on the sample;
A housing in which the linear actuator and the contactor assembly are mounted, the housing having an identified area for securing the sample during testing;
A position sensor assembly for measuring a change in position of the probe; And
And a sensor for measuring a force applied to the sample by the probe head. 제1항에 있어서,
상기 선형 액추에이터는 공압식 액추에이터(pneumatic actuator)인, 테스트 기기.The method according to claim 1,
Wherein the linear actuator is a pneumatic actuator. 제2항에 있어서,
상기 공압식 액추에이터는 에어 베어링 실린더(air bearing cylinder)를 포함하는, 테스트 기기.3. The method of claim 2,
Wherein the pneumatic actuator comprises an air bearing cylinder. 제3항에 있어서,
상기 프로브 헤드에 의해 상기 샘플에 가해진 상기 힘을 측정하기 위한 상기 센서는 상기 공압식 엑추에이터에 가해지는 가스의 압력을 측정하도록 배열된 압력 센서인, 테스트 기기.The method of claim 3,
Wherein the sensor for measuring the force applied to the sample by the probe head is a pressure sensor arranged to measure the pressure of gas applied to the pneumatic actuator. 제1항에 있어서,
상기 선형 액추에이터는 전자기 액추에이터인, 테스트 기기.The method according to claim 1,
Wherein the linear actuator is an electromagnetic actuator. 제5항에 있어서,
상기 샘플에 가해진 상기 힘을 측정하기 위한 상기 센서는 상기 샘플이 작동 중에 고정되는 상기 식별된 영역에서 상기 하우징 상에 위치되는, 테스트 기기.6. The method of claim 5,
Wherein the sensor for measuring the force applied to the sample is located on the housing in the identified area where the sample is fixed during operation. 제1항에 있어서,
상기 식별된 위치 바로 옆 상기 하우징의 일부분에 근접하여 열 통신(thermal communication)하는 적어도 하나의 도관 - 상기 적어도 하나의 도관은 테스트 동안 상기 샘플의 온도를 제어하기 위해 온도 제어된 유체를 운반하기 위한 것임-; 및
상기 샘플이 작동 중에 위치된 상기 식별된 영역 근처에 상기 하우징의 온도를 측정하기 위한 온도 센서를 더 포함하는, 테스트 기기.The method according to claim 1,
At least one conduit for thermal communication proximate to a portion of the housing immediately adjacent to the identified location, the at least one conduit for carrying a temperature controlled fluid to control the temperature of the sample during testing -; And
Further comprising a temperature sensor for measuring the temperature of the housing near the identified area in which the sample is located during operation. 제7항에 있어서,
상기 온도 센서는 서미스터(thermistor)인, 테스트 기기.8. The method of claim 7,
Wherein the temperature sensor is a thermistor. 제7항에 있어서,
상기 온도 센서는 저항성 온도 검출기(resistive temperature detector)인, 테스트 기기.8. The method of claim 7,
Wherein the temperature sensor is a resistive temperature detector. 제1항에 있어서,
상기 위치 센서 조립체는 광학 판독 헤드(optical read head)와 마킹이 있는 스케일(scale with markings)을 포함하는 비 접촉식, 광학 위치 센서 조립체인, 테스트 기기.The method according to claim 1,
Wherein the position sensor assembly is a non-contact, optical position sensor assembly comprising an optical read head and a scale with markings. 제10항에 있어서,
상기 광학 판독 헤드는 상기 하우징 상에 장착되고 상기 스케일은 상기 이동 가능한 프로브 조립체 상에 장착되는, 테스트 기기.11. The method of claim 10,
Wherein the optical read head is mounted on the housing and the scale is mounted on the movable probe assembly. 제1항에 있어서,
상기 복수의 접점은 복수의 접촉 핀인, 테스트 기기.The method according to claim 1,
Wherein the plurality of contacts are a plurality of contact pins. 제12항에 있어서,
상기 복수의 접촉 핀은 스프링이 장착된, 테스트 기기.13. The method of claim 12,
Wherein the plurality of contact pins are spring loaded. 제1항에 있어서,
상기 샘플이 작동 중에 배치되는 곳 근처의 상기 하우징 상에 위치된 가열 요소를 더 포함하는, 테스트 기기.The method according to claim 1,
Further comprising a heating element located on the housing near where the sample is placed during operation. 제14항에 있어서,
상기 가열 요소는 펠티에 장치(Peltier device) 또는 저항성 가열기 요소(resistive heater element)인, 테스트 기기.15. The method of claim 14,
Wherein the heating element is a Peltier device or a resistive heater element.

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